基于单片机的感应电动机PWM变频调速系统设计论文.doc
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华东交通大学理工学院
InstituteofTechnology.
EastChinaJiaotongUniversity
毕业论文
GraduationThesis
（2008—2012年）
题目基于单片机的感应电动机PWM变频调速系统设计
华东交通大学理工学院
毕业设计（论文）原创性申明
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日期：
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签字日期：
年月日签字日期：
年月日
摘要
随着电力电子器件的发展，交流变频调速的发展也越来越快，调速性能也不断提高，克服了直流调速难以克服的缺点。
变频调速是交流调速中的发展方向。
变频调速也有多种方法，本文介绍了一种利用专用集成电路SA4828设计电机变频调速的方法。
系统主要包括主电路与控制电路，主电路采用IPM智能功率模块作为电机的控制。
控制电路由MCS-51系列的89C51单片机最小系统和SA4828三相SPWM产生器及少量的扩展外围芯片构成，充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点，结合相应的软件，实现感应电动机的调速要求。
其中主要内容包括：
SA4828的特性介绍及变频系统的主电路、驱动电路、保护电路、速度检测、调速系统及软件编程设计方法。
所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制，实时性好，可靠性高。
关键词：
单片机；SA4828；变频调速；SPWM；感应电动机
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华东交通大学理工学院毕业论文
Abstract
Withthedevelopmentofpowerelectronicdevices.thefrequencyconversionvelocitymodulationisdevelopingfasterandfasteranditsalsoimproving.ithasovercomemanyweakpointsofDCspeedcontrol.evencanbecomparable.ToDCspeedcontrol.Variable-speeddrivesystemisthedirectionofACVariable-speedrivesystem.Therearemanymodesforfrequency-variedspeed-regulated.，ThisarticledescribesauseofSA4828ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）designmotorVVVFsystem.Thesystemincludesthemaincircuitandcontrolcircuit,maincircuitusedastheIntelligentPowerModuleIPMmotorcontrol.ThecontrolcircuitisconstitutedbytheMCS-51seriesof89C51systems、three-phaseSPWMgeneratorSA4828andtheexpansionofasmallnumberofperipheralchips.Givefullplaytoitscontrolcircuitissimple,flexiblecontrol,theadvantagesofmulti-outputwaveformcharacteristics,combinedwithappropriatesoftware,toachievethespeedrequirementsofmotorcontrol.Thesystemhasall-digitalVVVFcontrol,real-time,andhighreliability.
Keywords:
MCU；SA4828；VVVF；SPWM；Inductionmotor
目录
中文摘要 1
英文摘要 2
目录 3
引言 1
1．概述 3
1.1变频调速技术简介 3
1.2调速系统的发展方向 4
1.3交流调速系统 5
1.4单片机控制的变频调速 6
2.电机变频调速系统 7
2.1变频调速原理 7
2.2单片机控制的变频调速系统 8
2.2.1系统框图 8
2.2.2硬件系统原理图 9
2.2.3脉冲宽度调制 9
3.系统主要模块设计 11
3.1IPM模块 11
3.1.1IPM的基本工作特性 11
3.1.2IPM驱动电路的设计 13
3.1.3IPM的选用 14
3.1.4IPM相关参数 16
3.289C51主控制模块 17
3.2.1主要特性 17
3.2.2管脚说明 17
3.2.3振荡器特性 19
3.2.4芯片擦除 19
3.3SPWM波发生模块 19
3.3.1SA4828的引脚功能 20
3.3.2SA4828内部结构 21
3.3.3SA4828初始化编程 22
3.4其他模块简介 25
3.4.1串口通信 25
3.4.2驱动模块 26
3.4.3保护电路 26
3.4.4A/D模数转换模块 27
3.4.5速度反馈 29
4.系统软件设计 30
总结 33
参考文献 34
后记 35
引言
经过大约30年的发展，交流调速电气传动已经上升为电器调速传动的主流。
在电气调速领域内，可以相信在不久的将来，交流调速将会完全取代直流调速传动。
对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。
它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。
20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。
许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变频调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。
随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，而且对控制的功能要求越来越多，对系统的智能化要求越来越高，对系统的抗扰能力要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。
随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。
诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。
现在从数百瓦的伺服系统到数百千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，已几乎都可采用交流调速传动。
交流调速传动的客观发展趋势已表明，它完全可以和直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。
在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。
交流变频调速的优异特性：
调速时平滑性好，效率高。
低速时，特性静关率较高，相对稳定性好；调速范围较大，精度高；起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、调试、维修简便，易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。
交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。
尽管从1930年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。
变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。
交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转距控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求。
后来发展起来的调压，调频控制只控制了电动机的气隙磁通，而不能调节转距。
SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。
它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。
SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变型PWM技术。
本文主要内容是研究采用单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合智能功率模块IPM，通过软件编程控制电动机变频调。
1．概述
1.1变频调速技术简介
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。
大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。
从大的范围来分，电机有直流电机和交流电机。
由于直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。
但直流机固有的缺点：
由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。
因此人们希望，让简单可靠廉价的笼式交流电机也像直流电动机那样调速。
这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。
当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。
随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢[1]。
变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。
但如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的
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